Cosa rivela il genoma dei ragni marini sulla loro bizzarra anatomia
Il primo genoma di picnogonide di alta qualità fornisce nuove intuizioni sull'evo-devo dei cheliceridi
Una collaborazione internazionale tra l'Università di Vienna e l'Università del Wisconsin-Madison (USA) ha portato al primo assemblaggio del genoma a livello cromosomico di un ragno marino (Pycnogonum litorale). Il genoma informa sullo sviluppo della caratteristica pianta del corpo del ragno marino e costituisce una pietra miliare per rivelare la storia evolutiva dei chelicerati in generale. Lo studio è stato recentemente pubblicato su BMC Biology.
I ragni di mare (Pycnogonida) sono artropodi marini dall'anatomia molto insolita: il loro tronco è molto stretto e corto, molti dei loro organi interni si estendono nelle lunghe zampe e l'addome è estremamente ridotto, al punto da essere quasi irriconoscibile. Insieme ad animali molto più noti come ragni, scorpioni, acari o granchi a ferro di cavallo, i ragni di mare appartengono al gruppo dei chelicerati, che prende il nome dal loro apparato boccale simile a un artiglio, i cheliceri. La bizzarra pianta del corpo di questi "non-corpi" solleva domande affascinanti: quali fattori genetici sono alla base della sua formazione? E cosa può dirci sulla storia evolutiva dei chelicerati? Le risposte si trovano nel loro genoma.
Un genoma ad alta risoluzione
Per produrre l'assemblaggio del genoma, i ricercatori hanno combinato tecnologie di sequenziamento complementari. In primo luogo, il materiale genetico di un singolo individuo di P. litorale è stato ottenuto utilizzando il cosiddetto "long-read sequencing", una tecnologia in grado di catturare tratti molto lunghi di DNA. Ciò facilita il corretto assemblaggio di regioni genomiche ripetute o complesse, altrimenti difficili da gestire. Poi, l'organizzazione spaziale del genoma è stata analizzata in un secondo individuo di P. litorale, rivelando quali pezzi di DNA si trovano vicini l'uno all'altro nel nucleo della cellula. Sfruttando le informazioni sulla distanza, è possibile accertare l'ordine corretto dei tratti di DNA sequenziati. Questa combinazione di fonti di dati ha portato all'assemblaggio di 57 pseudocromosomi, che rappresentano la quasi totalità del genoma del ragno di mare con una risoluzione senza precedenti. A ciò si sono aggiunti nuovi set di dati sull'attività genica in vari stadi di sviluppo di P. litorale. "I genomi di molti organismi di laboratorio non canonici sono difficili da assemblare e Pycnogonum non fa eccezione. Solo la combinazione di moderne fonti di dati high-throughput ha reso possibile un genoma di alta qualità", afferma il primo autore dello studio, Nikolaos Papadopoulos, del Dipartimento di biologia evolutiva dell'Università di Vienna. "Questo può ora servire come trampolino di lancio per ulteriori ricerche".
Geni perduti, effetti visibili
Il team di ricerca ha prestato particolare attenzione al cosiddetto cluster Hox, una famiglia di geni evolutivamente conservata in tutto il regno animale. "Negli artropodi, i geni Hox svolgono un ruolo centrale nella corretta specificazione dei diversi segmenti corporei; ma anche in molti altri gruppi animali sono 'controllori' essenziali durante lo sviluppo del piano corporeo", spiega Andreas Wanninger, uno dei responsabili del progetto presso il Dipartimento di biologia evolutiva dell'Università di Vienna. L'eccitante segreto di Pycnogonum litorale: una parte del cluster Hox manca completamente dal genoma, vale a dire addominal-A (Abd-A), un gene tipicamente coinvolto nella specificazione e nello sviluppo della parte posteriore del corpo. La sua assenza potrebbe essere collegata all'estrema riduzione dell'addome dei picnogonidi. Condizioni simili sono state osservate in altri artropodi con parti posteriori ridotte, come alcuni acari e cirripedi. I ragni marini offrono quindi un altro esempio della ben documentata relazione evolutiva tra la perdita dei geni Hox e la riduzione delle parti del corpo.
Il genoma offre anche spunti per modelli evolutivi più ampi. A differenza di ragni e scorpioni, i cui genomi mostrano chiari segni di antiche duplicazioni di interi genomi, nel genoma di P. litorale non si trovano tracce di questo tipo. Poiché i picnogonidi sono considerati il taxon gemello di tutti i chelicerati, ciò suggerisce che il genoma dell'antenato dei chelicerati non presentava già queste duplicazioni; piuttosto, esse devono essere avvenute molto più tardi nell'evoluzione, per alcuni sottogruppi di chelicerati.
Un nuovo genoma di riferimento
Questo genoma di alta qualità appena assemblato apre la strada a ulteriori studi comparativi. P. litorale diventa così una nuova preziosa specie di riferimento per quanto riguarda le domande sulle interrelazioni tra chelicerati e l'evoluzione dei loro piani corporei, nonché sui meccanismi genetici alla base della diversità degli artropodi. "Dal punto di vista dello sviluppo evolutivo, i ragni marini sono molto interessanti: il loro modo di sviluppo può essere ancestrale per gli artropodi, ma allo stesso tempo vantano molteplici innovazioni del piano corporeo, uniche per loro. Oltre a questo, possiedono anche notevoli capacità rigenerative", spiega l'ultimo autore Georg Brenneis del Dipartimento di biologia evolutiva dell'Università di Vienna. E aggiunge: "Ora che disponiamo del genoma e di serie complete di dati sulle attività geniche durante lo sviluppo, possiamo studiare sistematicamente tutti questi aspetti a livello molecolare".
I ricercatori utilizzeranno il nuovo genoma di riferimento per ulteriori studi sulla regolazione genica, lo sviluppo e la rigenerazione nei chelicerati, con l'obiettivo di comprendere meglio i processi alla base del successo evolutivo di questo gruppo.
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Pubblicazione originale
Nikolaos Papadopoulos, Siddharth S. Kulkarni, Christian Baranyi, Bastian Fromm, Emily V. W. Setton, Prashant P. Sharma, Andreas Wanninger, Georg Brenneis; "The genome of a sea spider corroborates a shared Hox cluster motif in arthropods with a reduced posterior tagma"; BMC Biology, Volume 23, 2025-7-2
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